請在半秒內回答，下圖分別有幾個蘋果：

是不是一眼就知道左邊是四個，至于右邊……好多個？為什么不能瞬間確定右邊是幾個？

不只是這個現象。還有像是“四”大天王、F“4”、“四”小花旦……為什么都是“4”？

Nature最新報道給出了解釋這種現象的直接依據——大腦認“4”不認“5”。

德國波恩大學醫學中心的研究人員通過觀測單個神經元的活動，發現大腦認數量“1-4”和認“5-9”所用系統不同，邊界就是“4”。

具體來說，神經元處理數量1-4時，用的是特定神經元；而處理5-9，反應不特定，會受相鄰數字干擾。

舉個栗子：偏好3的神經元只會對3反應，而喜歡8的神經元會對8做出反應，但也會對7和9做出反應。

有學者認為這一發現對于理解人類思維本質具有重要意義，約翰斯·霍普金斯大學心理學家Lisa Feigenson就表示：

從根本上講，這個問題涉及到心智結構：是什么構建了人類思維的基礎？

人類大腦認“4”不認“5”

1871年，同樣是刊登在Nature上的一篇文章，經濟學&邏輯學家William Stanley Jevons在調查了人類的計數能力后發現：

對某些人來說，數字“5”完全超出了判別極限。

之后，有的研究人員分析這是由于大腦使用單一的計數系統，對于較大的數字，系統的精確性較低。

還有人假設差異源于有兩個獨立的神經系統來計數，然后使用腦電圖、功能性磁共振成像等技術進一步研究，但得出的結果不一致，無法確定哪個模式是正確的。

直到最近，德國波恩大學的研究團隊利用新技術記錄了人腦單個神經元的活動，終于發現了小數和大數在神經編碼上的區別。

具體來說，這些數據來自于17名癲癇患者。為了幫助醫生找到癲癇發病源頭，這些患者接受了侵入性的內科學監測（在大腦植入微電極）。

在患者們進行監測手術時，微電極記錄下了801個單個神經元的活動。這些神經元來自大腦的四個區域：杏仁核、海馬體、腹內側顳葉和腹外側顳葉。

記錄過程中，患者需要做數量判斷任務：

屏幕會顯現0-9范圍內的非符號化“點陣”圖像，每個圖像持續半秒，參與者需要通過按左右鍵表示點數為偶數還是奇數。

點陣以標準格式和對照格式呈現，以下是三種點陣排列方式：

△（左）標準布局，點的大小和位置可變；（中間）控制布局，均衡點總面積和密度；（右）點呈現線性排列

在行為測試中，患者對小數量的判斷明顯更準確，且反應時間更短，呈現出“子化”特征。

（子化，心理學和認知科學領域的術語，指的是人類對小數量物品的一種快速估計的能力。）

當數量大于4后，判斷變慢且錯誤率增加，反映了“數量估算”過程。

研究人員分別對錯誤率和反應時間進行計算，最后確定子化范圍的上限平均為3.7(錯誤率)和3.6(反應時間)。

而對神經元響應的分析，進一步確定了行為結果的準確性。

小數子化系統&大數估算系統

在單個神經元層面，研究者也觀察到類似的編碼模式。

他們在四個記錄腦區都找到了對非符號化數量有選擇性響應的神經元，這些選擇性神經元覆蓋了0-9完整數量范圍。

不同腦區選擇性神經元的比例在15.1%左右，顯著高于隨機水平。

分析了神經元調諧曲線特征和相關性后，研究人員發現：

對于小數量1-4，神經元對首選數量有高度選擇性，并抑制對非首選數量的反應，從而提高了識別效果。

（對于一個對數量變化敏感的神經元來說，它會對某一個特定的數量產生最大的反應，這個引起最大反應的數量就是這個神經元的“首選數量”。）

但當數量大于4后，神經元的調諧曲線變寬，選擇性降低，并隨數量增加而恢復基線水平，這符合數量估計的特征。

而后研究人員進一步使用SVM對選擇性神經元進行解碼，進行狀態空間分析和聚類分析，并針對神經元群體進行統計檢驗，同樣找到數量判斷存在分類邊界，最顯著的差異在數量4和5之間。

這一邊界與人類的直覺判斷非常吻合。

該研究為小數“子化”系統和大數“估算”系統并存提供了直接證據。

“子化”系統可能與注意力和工作記憶有關，這解釋了我們對少量信息的敏銳判斷，而大腦對超過容量的輸入則需要依靠更緩慢系統化的信息處理。

但研究人員也提到，其中更為復雜的網絡機制有待進一步探究，比如其它腦區是否也存在類似的編碼差異、更復雜的認知任務是否也能觀察到此現象、抑制環路的時間效應等。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/d41586-023-03136-w